[发明专利]一种隧道无人机巡检方法及系统

说明书

本发明公开了一种隧道无人机巡检方法及系统，包括：采集无人机的姿态、方向、速度、加速度信息，无人机的高度信息，以及无人机的相对坐标信息；对上述数据进行融合，实时解算当前无人机在空间中的姿态角、速度以及空间坐标数据；对无人机航迹点路线周围环境进行实时感知，计算无人机与周围障碍物距离，实时修改航迹点，以实现无人机避障飞行；通过控制云台角度，以实现对隧道内设备的图像采集。本发明结合隧道的结构特点，在进行航迹点规划时，采用了全局固定坐标系作为基准航点坐标系，将曲线动坐标系作为航点规划的辅助参考，实现了隧道内航点即时修改，使无人机在隧道内能实现在固定飞行距离的情况下完成沿隧道通道的转向运动。

技术领域

本发明涉及无人机巡检技术领域，尤其涉及一种隧道无人机巡检方法及系统。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

目前，隧道内运维人员短缺尤其是结构性缺员问题日益突出，对隧道内的设备巡视、红外测温、表计抄录、缺陷跟踪、巡检数据录入等工作仍大量依赖于人工。人工巡检方式的巡检质量不易管控、巡检效率不高，难以适应新形势下的“精细化”发展需求。而目前公知的吊轨式巡检机器人实现的设备状态自动检测功能尚不完备，仍无法替代人工巡检。且吊轨机器人开发购买成本较高，难以实现在目前日益增长隧道中广泛使用。

随着无人机技术的提升，做为一种高效的巡检设备载体，通过搭载不同的传感设备无人机能实现在电网线路巡检、森林防火、测绘等不同领域自主巡检，因此在隧道内使用无人机进行巡查成为可能。

传统室外无人机普遍采用的是GPS定位方式，通过GPS信号获取无人机的位置信息实现位置控制，2.4G/5GHz射频信号、移动网络、WIFI网络都是较普遍的传输信号的方式，无人机的控制信号及载荷的图像信号基本都通过这三个途径传输，通过2.4G/5GHz射频信号、移动网络信号或WIFI信号传输控制及图像信号，通过气压计反馈高度信息实现定高飞行控制；

传统室内无人机通讯传输多采用WIFI或者移动网络信号的方式进行，虽无法接受GPS信号，但可采用激光或视觉SLAM的方式完成，并且由于不是完全密闭的空间，也可以采用气压计获得准确的高度信息。

然而，在隧道中由于地磁屏蔽无人机无法接受到GPS信号，同时在狭小密闭的隧道空间内气压不均匀，不会像地面开阔场景中一样可以采用气压计采集高度信息，又由于隧道中一旦有转角，无法满足无人机与遥控器间的通视距离，2.4G/5GHz的传输信号无法透过墙体，且隧道狭长，不方便布置WIFI，移动网络信号也无法接收，所以无法实现精准的定位及信号传输。

因此，受限于隧道内的物理及通讯环境，在地下无GPS、无移动通信网络的情况下，传统无人机很难实现精准的定位及信号传输。

发明内容

有鉴于此，本发明提出了一种隧道无人机巡检方法及系统，该方法不依赖GPS及移动通信网络，基于多种传感器数据融合实现自身位姿估计与避障功能，可在隧道环境下实现自主飞行及自主巡检。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

根据本发明实施例的第一个方面，提供了一种隧道无人机巡检方法，包括：

采集无人机的姿态、方向、速度、加速度信息，无人机的高度信息，以及无人机的相对坐标信息；

对上述数据进行融合，实时解算当前无人机在空间中的姿态角、速度以及空间坐标数据；

对无人机航迹点路线周围环境进行实时感知，计算无人机与周围障碍物距离，实时修改航迹点，以实现无人机避障飞行；

无人机飞行过程中，通过控制云台角度，以实现对隧道内设备的图像采集。

根据本发明实施例的第二个方面，提供了一种隧道无人机巡检系统，包括：